クモ糸：生物学、性質、人間への応用

組成と生成

糸は、クモの腹部にある特殊化した絹腺で合成される大きな構造タンパク質、スピドロインからできている。各腺は異なる種類の糸を生み出す。液状のタンパク質ドープは紡糸突起から押し出され、脱水、pH変化、機械的せん断が制御された過程によって固体繊維へと変化する。この生体的な紡糸により、糸特有の微細構造と性能が生まれる。

種類と生物学的機能

腺の違いによって、機能の異なる糸が作られる。代表的なものは次の通りである。

• ドラグライン（主牽引糸）— 命綱や網の骨組みに使われる強い構造糸。
• 捕獲らせん糸（フラジェリフォームおよびアグリゲート）— 弾性があり、しばしば粘着性のある接着物で被われ、獲物を捕らえる。
• チュビリフォーム— 卵嚢の構築や子孫の保護に用いられる。
• アシニフォームほか— 獲物を包む、隠れ場所の内張りを作る、糸構造を固定するなどに使われる。

機械的性質と特徴

クモ糸は高い引張強度と伸びやすさを併せ持ち、高い靱性を示す。一般向けの説明では「重量比では鋼より強い」と表現されることがあるが、これは質量に対して非常に大きなエネルギー吸収性を持つことを指す。機械的性能は糸の種類や種によって異なる。絹虫が作り、養蚕で採取される連続フィラメントの絹とは異なり、クモ糸は個体ごとの動物によって紡がれるため、歴史的に大量採取が難しかった。

人間の関心と応用

分解性があり、かつ機械特性に優れることから、クモ糸は医療用縫合糸、組織工学の足場、高性能繊維、先端複合材料への応用が研究されている。クモの直接的な養殖は、単独性や共食いをする種が多いため現実的ではない。そのため研究は、細菌、酵母、植物、トランスジェニック動物でスピドロインを組換え生産する方法や、天然繊維の性質を再現する生体模倣紡糸技術に向けられてきた。

注目点と保全

クモ糸は、進化が常温で多機能材料を生み出しうることを示している。まだ工業用繊維の大量生産では競合できないが、バイオテクノロジーの進歩がその差を埋めようとしている。クモ、絹の生産、関連する合成研究についてさらに読むには、ここで示した資料のほか、カイコと比較養蚕、および関連リポジトリにある追加の科学的概説を参照するとよい。